Carbon for Life : dimensionnement d’un interféromètre spatial pour l’observation des faibles abondances du carbone permettant l’habitabilité des planètes de type Terre
L'objectif de la thèse est le dimensionnement d’une mission d’interférométrie spatiale simplifiée par rapport à une mission de type LIFE et répondant à une question clef dans une perspective future de détection de planètes habitables : est-ce que le déficit en carbone, observé dans la partie interne de notre Système Solaire qui aurait favorisé la dynamique interne de la Terre et peut-être l’émergence de la Vie, est universel ?
La mission consiste en l’étude du carbone sous forme solide, molécules et poussières, dans les régions internes des disques protoplanétaires, homologues de notre Système Solaire durant ses premiers millions d’années. L’interféromètre spatial serait constitué de deux télescopes. Le domaine spectral privilégié est de 3.0 à 13 microns. Il permet l’accès à de nombreuses signatures spectrales d’importance pour les particules solides de carbone ainsi que les silicates et offre par ailleurs une large couverture en longueur d’onde pour contraindre, à partir du continuum spectral, la contribution du fer.
Notre planète, ainsi que les autres corps du système solaire interne, présentent un déficit de carbone d’environ 3 ordres de grandeur par rapport au Soleil ou aux corps du système solaire externe. Un tel déficit a eu un effet favorable pour l'habitabilité de la Terre en favorisant sa dynamique interne, sa tectonique, son volcanisme favorisant ainsi l’effet de serre et la boucle rétroactive du cycle silicates- carbonates régulant le niveau de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Un interféromètre spatial opérant dans le domaine spectral 3.0-13.0 microns, composé de deux télescopes de la classe < 0.5 mètre de diamètre et séparés par une base décamétrique variable, permettrait en interférométrie directe et sans mode nulling d’aborder cette question. Une telle mission est un important préliminaire à la fois astrophysique et technique préparatoire à une mission plus complexe et exigeante de type neo-DARWIN, devenue LIFE aujourd’hui.
La première partie du sujet de thèse consiste en l’analyse et la modélisation d’observations astrophysiques de disques protoplanétaires obtenues avec l’interféromètre MATISSE au Very Large Telescope de l’ESO. Les requis de la future mission spatiale se préciseront grâce à ces données acquises au sol et l’étude de leurs limitations incontournables imposées par notre atmosphère.
La seconde partie du sujet consiste à définir les spécifications d’une mission spatiale qui permettra d’observer un vaste (environ 100) échantillon de disques protoplanétaires pour mesurer au sein de leurs régions internes ( < 2 unités astronomiques) les abondances de carbone en phase solide. L’échantillon incluera de jeunes étoiles d’âges variés ( < 10 millions d’années) et de masses comprises entre 0.8 et 8 masses solaires. Cette étude est indispensable pour préciser les probabilités de trouver des planètes habitables dont la dynamique interne serait similaire à celle de la Terre. Ces probabilités contribueront à définir les futures missions de type LIFE visant la recherche de planètes habitables voire habitées via l’observation de leur atmosphère et surface.
Une étude de concept de l’interféromètre prendra place au sein de la dynamique d’équipe qui sera mise en place et qui exploitera les acquis de plusieurs études passées : DARWIN/THALES, PEGASE/CNES. Un développement des collaborations au sein de la communauté scientifique fait partie des objectifs de l’équipe et sera effectué au travers d’ateliers et de visites. Les ateliers se concentreront sur les disciplines astrophysiques de façon à regrouper une communauté dont les recherches bénéficieront d'un interféromètre spatial de première génération.
Contacts
- Bruno Lopez - bruno.lopez@oca.eu
- Alexis Matter - Alexis.Matter@oca.eu
